专利名称：具有宁静区的接近警告系统的制作方法
具有宁静区的接近警告系统相关申请的交叉引用本申请要求于2009年4月30日提交的美国临时申请61/174，444的权益，在此通过引用并入其主题的全部内容。
背景技术：
本公开内容总地涉及工作地点处的接近警告系统，并且具体涉及一种交互式磁标记场和接近警告系统。已设计了许多警告人提防被车辆和移动设备猛击、夹痛、压伤或者以其它方式伤害的方法。这样的车辆和移动设备可被用于地上和地下操作。所述设备的示例包括筑路设备，诸如卡车、平路机、压路机和铺路机；地表采矿设备，诸如用于砾石和砂操作的前端式装载机、卡车、推土机、输送机和其它物品；地下采矿设备，诸如连续采煤机、梭车、输送机、破碎机、铲运车、人员运送、牵引机和其它物品。所述设备还包括在仓库和装货港使用的叉车、起重机和卡车。在美国许多人被这样的设备致命。不幸的是，被设计为帮助保护这些工业操作中的资产和人的系统，诸如接近警告和防撞系统，通常还不是非常有效。如美国专利 No. 7，420，471中所公开的，一种新型的接近警告系统被研发，并被成功地展示用在连续采煤机上。‘471专利的目的是帮助防止正远程控制连续采煤机的人员被压伤或钉扎并帮助保护辅助使用连续采煤机的其他人员。‘471专利还预想对人员提供不受其它类型的移动设备和机器的伤害的保护。‘471专利的系统利用磁标记场和主动式架构，所述主动式架构合并工人与该工人附近的机器之间的双向通讯。警告被给予离采煤机太近的工人。警告还被提供给机器的操作者。还制定了使设备不动直到人员能够到达安全位置为止的规定。‘471专利系统中所使用的磁场以低频振荡，并可被有效地用于划分出宁静区 (silent zone) 0虽然在大多数应用中这样的低频磁场的最大实用范围可能小于50英尺 (50英尺大于大多数设备的需求或期望)，但是在警告区在20-30英尺范围中并且危险区在 10-15英尺范围中的情况下典型的托运卡车将可被最佳地服务。在一些应用(诸如远程控制的连续采煤机)中，为了保持与机器和邻近环境的良好视觉接触，操作者有必要在大部分时间保持在10-25英尺范围内。在地下采矿中，低频磁场无阻碍地穿过地层，以使得在拐角处的、不在视线中的、或者以其它方式被阻挡的工人对于标记场仍可见。这些磁场不是从天线辐射，而是简单地围绕生成它们的元件伸展和收缩，并且非常适合于标记宁静区与警告区之间的边界。存在期望工人靠近设备的一部分、但是不靠近该设备的另一部分的情形。一个示例是正在倒退的卡车。卡车旁边的工人的危险性会非常低，或者可能完全没有危险，然而， 卡车后面的工人的危险性会非常高。然而，在卡车后面延伸足够远以提供所需保护的磁场对于卡车旁边通常也生成比期望场大的场。因此，需要能够使标记场定形，以限定工人需要所处的区域和/或存在可接受的或者降低的安全危险性的区域
发明内容
可应用本文所述的各个实施例的工作环境是非常不同的。这些环境之一，筑路环境，可被用作更好理解本文所述的各个实施例的基础。筑路地点处的一些工人会在一定时间内在特定机器周围工作，然后移动到不同的机器，或者当另一个机器到达时继续工作。一些工人会频繁地移动通过机器之间的空间。除了车辆周围的工人之外，操作者可乘驾在车辆上，并且还可从操纵一个车辆切换到另一个车辆。其它机器可由操作者远程控制。鲁棒的接近警告系统应该能够可靠地帮助使工人和操作者在处理操作变化的同时避开危险情形， 并且这样做没有显著的错误警报。本文所述的一个实施例提供一种接近警告系统，该接近警告系统包括产生建立边界的磁场的发生器，其中，该发生器能够接收射频信号。还提供一种发送射频信号的射频装置，该射频装置能够感测磁场和产生射频响应。在接近警告系统中，发生器在第一预定时间段内产生磁场，其后，在第二预定时间段内感测来自射频装置的射频响应信号。接近警告系统还包括第二发生器，该第二发生器在第三预定时间段内产生第二磁场。第二发生器在第四预定时间段内感测射频响应。本文所述的另一个实施例提供一种用于产生定形的宁静区的接近警告系统。该接近警告系统包括第一发生器和第二发生器，第一发生器产生具有第一边界的第一磁场，并且第二发生器产生具有第二边界的第二磁场。叠加第一边界和第二边界生成不同的边界， 并且第一磁场和第二磁场按顺序产生。本文所述的另一个实施例提供一种用于提供接近警告的方法，该方法包括产生第一磁场；产生与第一磁场重叠的第二磁场；确定检测器装置相对于第一磁场和第二磁场的位置，其中，通过使用检测器装置检测第一磁场或第二磁场中的至少一个来确定所述位置；以及基于检测器装置的位置发出警告。在一些实施例中，如果检测器装置位于第一磁场和第二磁场这二者内，则发出警告，并且在其它实施例中，如果检测器装置位于第一磁场和第二磁场这二者内，则不发出警告。此外，如果检测器装置仅位于第一磁场内，则可发出警告，或者如果检测器装置不位于第一磁场或第二磁场内，则可不发出警告。另外，第二磁场可完全位于第一磁场内。所述方法还可包括产生与第一磁场重叠的第三磁场，其中，通过使用检测器装置检测第一磁场、第二磁场和第三磁场来确定检测器装置相对于第一磁场、第二磁场和第三磁场的位置。在以上方法中，警告可被发给正携带检测器装置的工人或者容纳用于产生第一磁场和/或第二磁场的磁场发生器的机器，其中，所述机器可在接收到警告时自动执行某些动作。此外，警告可被发给所述机器的操作者。本文所述的另一个实施例提供一种接近警告系统，该接近警告系统包括第一发生器，所述第一发生器产生第一磁场；第二发生器，所述第二发生器产生与第一磁场重叠的第二磁场；检测器装置，所述检测器装置测量第一磁场和第二磁场的强度，并确定它相对于第一磁场和第二磁场的位置；和警报装置，所述警报装置基于检测器装置的位置发出警告。此外，如果检测器装置位于第一磁场和第二磁场这二者内，则警报装置可发出警告。在另一个实施例中，如果检测器装置位于第一磁场和第二磁场这二者内，则警报装置可不发出警告，或者如果检测器装置仅位于第一磁场内，则警报装置可发出警告。可替换地，如果检测器装置不位于第一磁场或第二磁场内，则警报装置可不发出警告。在另外的实施例中，第二磁场完全位于第一磁场内，并且所述系统还包括产生与第一磁场重叠的第三磁场的第三发生器。在该实施例中，检测器装置测量第一磁场、第二磁场和第三磁场的强度，并确定它相对于第一磁场、第二磁场和第三磁场的位置。此外，检测器装置和警报装置都可位于单个装置中。在另一个实施例中，警告可被发给工人或者容纳第一发生器和第二发生器的机器或者该机器的操作者。从结合附图提供的以下详细描述，将更清楚地理解本文所述的实施例的以上和其它优点和特征。
图1显示安装在一件设备上的接近警告系统，其中，该接近警告系统具有多个宁静区。图2显示示例性磁场发生器和个人警报装置。图3显示包括多个磁场发生器、多个警告区和多个宁静区的接近警告系统的另一个示例性实施例。图4显示具有根据另一个示例性实施例的接近警告系统的示例性工作地点。
具体实施例方式本文描述的各个实施例具体可应用于要求人员紧密接近各个危险元件的工作地点，所述危险元件诸如机器、移动设备、远程控制机器和被操纵的车辆。这样的工作环境可包括本身就很危险的、应该只能非常谨慎地被避开或进入的位置。这样的工作环境的示例是地表采矿、地下采矿、砂和砾石操作、筑路、仓库、装卸码头、焦化厂等。工人在这样的环境下进行他们的工作时有时被猛击、夹痛、压伤或者以其它方式伤害。还需要避开工作地点处的各个元件之间的碰撞，以防止资产损坏。如本文所公开的，各个保护区可被定形为适合特定设备或者工作区构造，并可包括该保护区内的一个或多个宁静区，在这些宁静区中，警报不发声。因此，可生成具有期望形状的宁静区。现在参照图1，示出了在其中实现实施例的工作地点的简化示例。图1显示包括安装在车辆104(例如，连续采煤机)上的五个磁场发生器100、101、102、103、104的接近警告系统。该接近警告系统还包括由四个工人301、302、303、304携带的四个个人警报装置 (PAD) 401、402、403、404。磁场发生器和PAD是使用PING/ECH0系统的接近警告系统的基本元件，并且在美国专利申请No. 11/984，拟4中有更详细的描述，在此通过引用并入其全部内容。图2显示示例性磁场发生器，例如，磁场发生器100。磁场发生器100具有微控制器82，微控制器82生成低频振荡，该低频振荡被放大器84放大。低频振荡生成通过环绕铁氧体90的绕组86的低频振荡电流。电容器组件88与绕组86串联连接，以生成振荡磁场。 选择电容器组件88中的电容器的值，以生成PING/ECH0系统的工作频率的串联谐振电路。 典型的电路将包括例如大约300微亨的电感值和大约163微法的电容。本实施例使用的串联谐振电路以较小的驱动电压生成通过绕组86的较大电流。
磁场发生器100产生以所选择的工作频率伸展和收缩的磁场200。例如，已经发现大约73kHz的工作频率是合适的选择。了解本文所公开的教导之后，了解磁学、调谐电路和预期应用的人可选择适合特定应用的工作频率和电路元件。例如，如果电感与电容之比和用于驱动电路的电压不导致比所需的系统响应所期望的上升时间大的上升时间，则工作频率可降至25kHz。在地下采矿中应该避免大约IOOkHz以上的高频，这是因为它们趋向于在电缆和管道上或者通过其它金属对象传播。图2还显示示例性个人警报装置“PAD”，例如，能够感测和测量磁场的PAD 401。 PAD 401具有三个正交线圈62，这些正交线圈62感测标记场92，进而通过滤波器66和放大器68将感测的信号/信息传递到检测电路64中。微控制器70测量信号的强度，并具有电池71。微控制器70开启RF发射器72，以通过天线74将返回信号76 ( “ECHO”)发送到发生器100中的接收器天线94。ECHO信号76然后传递到磁场发生器接收器96，磁场发生器接收器96记录ECHO的存在，并将合适的响应/信息发送到微控制器82。现在参照图1，磁场发生器100、101、102、103、104分别产生磁场200、201、202、 203、204。磁场200、201、202、203、204以所选择的工作频率伸展和收缩。PAD 401、402、403、 404感测并测量它们所位于的磁场200、201、202、203、204的强度。可通过增大或减小磁场发生器100、101、102、103、104的功率来调整磁场200、201、202、203、204的大小。另外，可通过改变下述磁场水平来调整磁场200、201、202、203、204的有效大小，在所述磁场水平，PAD
401、402、403、404确定它在磁场内。例如，通过减小下述磁场强度，磁场200、201、202、203、 204的有效大小增大，在所述磁场强度，PAD 401、402、403、404确定它在磁场201内。通过增大下述磁场强度，磁场200、201、202、203、204的有效大小减小，在所述磁场强度，PAD 401、
402、403、404确定它在磁场 200、201、202、203、204 内。PAD 401、402、403、404 发送由磁场发生器 100、101、102、103、104 检测的返回信号，该返回信号也已知为“ECHO”。检测ECHO信号的磁场发生器记录ECHO的存在，并将合适的响应/信息发送到微控制器(未显示)。在各个实施例中，每个磁场发生器100、101、 102、103、104可包括它自己的微控制器，或者可共享公用微控制器。在使用时，微控制器确定是否响应于由特定的磁场发生器100、101、102、103、 104 产生的磁场 200、201、202、203、204 接收到 ECHO，磁场 200、201、202、203、204 也已知为 “PING”。微控制器还确定ECHO-发射PAD位于哪个宁静区中。在图1中所示的实施例中，由磁场发生器100产生的磁场200是所述磁场中的最大磁场，并涵盖其它磁场201、202、203、204中的每个。磁场200对应于位于设备120周围的警告区。如果微控制器确定携带PAD的工人已进入磁场200，则可听和/或可视警报信号被发送到位于车辆操作者附近的警报系统，并且还被发送到受影响的工人。在各个实施例中，如果工人进入磁场200，则可使设备120停止、减速，或者以其它方式更改它的操作。然而，在各种情形下，为了在不从PAD接收警告的情况下适当地操作设备120或者执行其它任务，工人301、302、303、304可能有必要或者期望在磁场200内。可通过逻辑地选择特定位置上的单个或多个磁场的存在或不存在的组合来创建宁静区或警告区。例如， 警告区可被微控制器限定为仅具有第一磁场的位置，而宁静区可被限定为具有重叠的第一磁场和第二磁场的位置。作为另一个示例，宁静区可被限定为具有第一磁场和第二磁场这二者、但是不具有第三磁场的位置。特定位置处的磁场的存在和不存在的其它组合也可被用于逻辑上限定宁静区或警告区。分别由磁场发生器101、102、103、104产生的磁场201、202、203、204对应于位于设备120上或者周围的各个位置处的宁静区。因此，在一个实施例中，如果它仅检测到由磁场发生器100产生的磁场200，则由工人301、302、303、304携带的PAD 401、402、403、404发出警告声。然而，如果PAD 401、402、403、404检测到磁场200和其它磁场201、202、203、204 中的任何一个这二者，则工人301、302、303、304不被给予警告。因此，例如，只要站在由磁场发生器100和101生成的磁场200和201内的工人301保持在磁场201内，工人301就不接收警告。类似地，只要工人302、303、304分别保持在由磁场发生器102、103、104产生的磁场202、203、204内，他们就不接收警告。另一方面，如果工人301不再在由磁场201限定的宁静区内，则工人301的PAD 401将仅检测到磁场200，并且工人301被给予警告。尽管图1中所示的实施例包括四个宁静区201、202、203、204，但是应该理解，可生成更多或更少数量的宁静区。此外，宁静区可位于工人或操作者将更安全的各个位置上， 所述位置诸如控制器旁、非移动部分附近、设备上、设备的驾驶员座位或者其它更安全的位置。此外，在各个实施例中，可在不同时间根据设备120的状态和根据哪个宁静区对于位于其中的工人实际更安全来手动地或自动地激活不同的宁静区201、202、203、204。例如，在一个实施例中，当设备静止不动时，为了确保由磁场101、102、103、104创建的宁静区被限定，可激活所有的磁场发生器201、202、203、204以连续脉动。然而，相反，当设备120 移动时，如果由磁场201和202限定的宁静区不再安全，则可激活由磁场203和204限定的宁静区，同时可停用由磁场201和202限定的宁静区。根据哪些区域对于设备120的给定操作更安全，可基于系统的保护需要激活或停用宁静区的任意组合。还可通过必要时将磁场发生器101、102、103、104或者没有描述的其它磁场发生器定位在将被限定为宁静区的区域附近来调整宁静区的位置。可通过根据需要调整由磁场发生器101、102、103、104产生的磁场201、202、203、204的大小来增大或减小宁静区的大小。可以以如本文所述的许多方式调整由磁场发生器101、102、103、104产生的磁场201、202、203、204的大小。因此，围绕一件设备120的宁静区可被调整以适应工作地点和设备120这二者的需要。在一个实施例中，旁路系统与接近警告系统集成。旁路系统连接至其上安装磁场发生器100、101、102、103、104的设备120的控制系统。如图1所示，例如，旁路系统可与连续采煤机120的控制器集成，并可以是刀具旁路系统。旁路系统检测连续采煤机120的刀具是否正常工作，并关闭磁场发生器100、101、102、103、104，从而使得当连续采煤机120刀具正在工作时不产生磁场200、201、202、203、204。这使得工人301、302、303、304可在切割操作期间靠近连续采煤机120，而不从接近检测系统接收到不必要的警告。图3显示包括多个磁场发生器、多个警告区和多个宁静区的接近警告系统的另一个示例性实施例。图3的警告系统包括安装在车辆120上的多个磁场发生器101、102、103、 106。在图3的实施例中，第一警告区200是由两个磁场发生器101、102产生的磁场的交集。 因此，如果PAD检测到由磁场发生器101和102产生的这两个磁场，则产生警告。宁静区由磁场203限定。因此，如果由工人303携带的PAD 403检测到磁场200和 203，则微控制器确定工人303在宁静区中，并且不使警报发声。在PAD 403仅检测到磁场200的情况下，工人303被确定处于警告区中，并发出警告。系统还包括由磁场发生器106 产生的磁场206所限定的第二警告区。携带仅检测到磁场206的PAD的工人被发给警告。 然而，宁静区204、205中的PAD检测到磁场206和200这二者的存在，或者仅检测到由磁场发生器101或102产生的一个磁场，并且不发出警告。还应该理解，当PAD没有检测到来自磁场发生器中的任何一个的磁场时，不发出警告。在各个实施例中，其它宁静区和警告区可根据各个磁场的重叠或者不重叠来限定，以限定具有各种不同形状的宁静区。现在参照图4，示出了在其中实现实施例的工作地点的简化示例。图4显示包括安装在一件设备120上的磁场发生器100的接近警告系统。在各个实施例中，设备120可以是采矿操作中所使用的活动或静止设备。在图4中所示的实施例中，例如，磁场发生器100 被安装在连续采煤机120上。磁场发生器100产生围绕连续采煤机120并限定警告区的磁场200。第二磁场发生器101位于连续采煤机120的驾驶室内，并产生包围连续采煤机120 的驾驶室的磁场201。当PAD仅检测到磁场200时，发出警告。然而，当PAD检测到磁场200 和201这二者时，工人被确定在宁静区中，并不发出警告。以上描述和附图仅仅是对优选实施例进行举例说明，并非意图限制。下述权利要求的精神和范围内的任何主题或者其修改被认为是本发明的一部分。
权利要求
1.一种提供接近警告的方法，包括产生第一磁场；产生与第一磁场重叠的第二磁场；确定检测器装置相对于第一磁场和第二磁场的位置，其中，通过使用所述检测器装置检测第一磁场或第二磁场中的至少一个来确定所述位置；和基于所述检测器装置的位置发出警告。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，如果所述检测器装置位于第一磁场和第二磁场这二者内，则发出警告。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，如果所述检测器装置位于第一磁场和第二磁场这二者内，则不发出警告。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，如果所述检测器装置仅位于第一磁场内，则发出目口 ο
5.根据权利要求1所述的方法，其中，如果所述检测器装置不位于第一磁场或第二磁场内，则不发出警告。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二磁场完全位于第一磁场内。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括产生与第一磁场重叠的第三磁场，其中，通过使用所述检测器装置检测第一磁场、第二磁场和第三磁场来确定所述检测器装置相对于第一磁场、第二磁场和第三磁场的位置。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述警告被发给正携带所述检测器装置的工人。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述警告被发给容纳用于产生第一磁场和/或第二磁场的磁场发生器的机器。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述警告被发给所述机器的操作者。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述机器在接收到警告时自动执行某些动作。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一磁场和所述第二磁场是低频磁场。
13.一种接近警告系统，包括第一发生器，所述第一发生器产生第一磁场；第二发生器，所述第二发生器产生与第一磁场重叠的第二磁场；检测器装置，所述检测器装置测量第一磁场和第二磁场的强度，并确定它相对于第一磁场和第二磁场的位置；和警报装置，所述警报装置基于所述检测器装置的位置发出警告。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，如果所述检测器装置位于第一磁场和第二磁场这二者内，则所述警报装置发出警告。
15.根据权利要求13所述的系统，其中，如果所述检测器装置位于第一磁场和第二磁场这二者内，则所述警报装置不发出警告。
16.根据权利要求13所述的系统，其中，如果所述检测器装置仅位于第一磁场内，则所述警报装置发出警告。
17.根据权利要求13所述的系统，其中，如果所述检测器装置不位于第一磁场或第二磁场内，则所述警报装置不发出警告。
18.根据权利要求13所述的系统，其中，所述第二磁场完全位于第一磁场内。
19.根据权利要求13所述的系统，还包括第三发生器，所述第三发生器产生与第一磁场重叠的第三磁场。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述检测器装置测量第一磁场、第二磁场和第三磁场的强度，并确定它相对于第一磁场、第二磁场和第三磁场的位置。
21.根据权利要求13所述的系统，其中，所述检测器装置和所述警报装置都位于单个设备中。
22.根据权利要求13所述的系统，其中，所述警告被发给工人。
23.根据权利要求13所述的系统，其中，所述警告被发给容纳第一发生器和第二发生器的机器。
24.根据权利要求22所述的系统，其中，所述警告被发给所述机器的操作者。
25.根据权利要求22所述的系统，其中，所述机器在接收到警告时自动执行某些动作。
26.根据权利要求13所述的系统，其中，所述第一磁场和所述第二磁场是低频磁场。
全文摘要
用于要求人员紧密接近各个危险元件的工作地点的各个接近检测区可被定形为适合特定设备或工作区构造，并可包括接近警告区内的一个或多个宁静区，所述危险元件诸如机器、移动设备、远程控制机器和受操纵的车辆，在所述宁静区中，警报不发声。通过重叠以所选择的工作频率伸展和收缩的磁场来确定所述区。装置感测并测量它们所位于的磁场的强度，并使用该信息来确定它们是在宁静区还是在警告区中。因此，可生成具有期望形状的宁静区。
文档编号G08B23/00GK102439643SQ201080018704
公开日2012年5月2日 申请日期2010年4月29日 优先权日2009年4月30日
发明者L·D·弗雷德里克, P·L·哈蒙德 申请人:层近系统有限责任公司